1.示波器原理及使用

原理

示波器动态显示随时间变化的电压信号思路是将电压加在电极板上，极板间形成相应的变化电场，使进入这变化电场的电子运动情况相应地随时间变化，最后把电子运动的轨迹用荧光屏显示出来。示波器主要由示波管（见图1））和复杂的电子线路构成。示波器的基本结构见图2。

图1 示波管示意图

图2 示波器的基本结构简图

1.偏转电场控制电子束在视屏上的轨迹

偏转电压U与偏转位移Y（或X）成正比关系。如图3所示： 。

图3偏转电压U与偏转位移Y

如果只在竖直偏转板（Y轴）上加一正弦电压，则电子只在竖直方向随电压变化而往复运动，见图4。要能够显示波形，必须在水平偏转板（X轴）上加一扫描电压，见图5。

图4 信号随时间变化的规律 （加在Y偏转板） 图5 锯齿波电压（加在X偏转板）

示波器显示波形实质：见图6，沿Y轴方向的简谐运动与沿X轴方向的匀速运动合成的一种合运动。显示稳定波形的条件：扫描电压周期应为被测信号周期的整数倍，即Tx=nTy ( n=1,2,3…)（见图7）

2.同步扫描（其目的是保证扫描周期是信号周期的整数倍）

若没有“扫描”（横向的扫描电压），被测信号随时间规律变化规律就显示不出来；如果没有“整步”，就得不到稳定的波形图像。

为了达到“整步”目的，示波器采用三种方式：“内整步”：将待测信号一部分加到扫描

图6 示波器显示波形原理图（Tx=Ty） 图7 Tx=2Ty时合成的图形

发生器，当待测信号频率fy有微小变化，它将迫使扫描频率fx追踪其变化，保证波形的完整稳定；“外整步”：从外部电路中取出信号加到扫描发生器，迫使扫描频率fx变化，保证波形的完整稳定；“电源整步”：整步信号从电源变压器获得。一般在观察信号时，都采用“内整步”（或称为“内触发”）。

注：若为同步显示的波形出现走动状态，此时应调节：扫描步长，整步方式（一定打在“内”），“电平”位置。

3.利萨如图形

利萨如图形形成实质：沿Y轴方向的简谐运动与沿X轴方向的简谐振动合成的一种合运动。

利用利萨如图形测定未知信号的频率

公式：

式中的 、分别为利萨如图形于X、Y轴的切点数。

4.测正弦波的峰-峰值Vp-p、周期T

用示波器观察正弦波波形，若该信号输入通道的标度因子为V0，单位为伏/厘米（V/cm），被测正弦波的正、负峰之间的距离在荧光屏上所占的高度为H厘米，则

若正弦波此时的时间扫描轴的单位是t/cm，一个周期的正弦波形在荧光屏上横轴所占长度为Lcm，则

2.示波器的原理和使用方法

1 示波器工作原理 示波器是利用电子示波管的特性，将人眼无法直接观测的交变电信号转换成图像，显示在荧光屏上以便测量的电子测量仪器。

它是观察数字电路实验现象、分析实验中的问题、测量实验结果必不可少的重要仪器。示波器由示波管和电源系统、同步系统、X轴偏转系统、Y轴偏转系统、延迟扫描系统、标准信号源组成。

1.1 示波管 阴极射线管（CRT）简称示波管，是示波器的核心。它将电信号转换为光信号。

电子枪、偏转系统和荧光屏三部分密封在一个真空玻璃壳内，构成了一个完整的示波管。 1.荧光屏 现在的示波管屏面通常是矩形平面，内表面沉积一层磷光材料构成荧光膜。

在荧光膜上常又增加一层蒸发铝膜。高速电子穿过铝膜，撞击荧光粉而发光形成亮点。

铝膜具有内反射作用，有利于提高亮点的辉度。铝膜还有散热等其他作用。

当电子停止轰击后，亮点不能立即消失而要保留一段时间。亮点辉度下降到原始值的10%所经过的时间叫做“余辉时间”。

余辉时间短于10μs为极短余辉，10μs—1ms为短余辉，1ms—0.1s为中余辉，0.1s-1s为长余辉，大于1s为极长余辉。一般的示波器配备中余辉示波管，高频示波器选用短余辉，低频示波器选用长余辉。

由于所用磷光材料不同，荧光屏上能发出不同颜色的光。一般示波器多采用发绿光的示波管，以保护人的眼睛。

2.电子枪及聚焦 电子枪由灯丝（F）、阴极（K）、栅极（G1）、前加速极（G2）（或称第二栅极）、第一阳极（A1）和第二阳极（A2）组成。它的作用是发射电子并形成很细的高速电子束。

灯丝通电加热阴极，阴极受热发射电子。栅极是一个顶部有小孔的金属园筒，套在阴极外面。

由于栅极电位比阴极低，对阴极发射的电子起控制作用，一般只有运动初速度大的少量电子，在阳极电压的作用下能穿过栅极小孔，奔向荧光屏。初速度小的电子仍返回阴极。

如果栅极电位过低，则全部电子返回阴极，即管子截止。调节电路中的W1电位器，可以改变栅极电位，控制射向荧光屏的电子流密度，从而达到调节亮点的辉度。

第一阳极、第二阳极和前加速极都是与阴极在同一条轴线上的三个金属圆筒。前加速极G2与A2相连，所加电位比A1高。

G2的正电位对阴极电子奔向荧光屏起加速作用。 电子束从阴极奔向荧光屏的过程中，经过两次聚焦过程。

第一次聚焦由K、G1、G2完成，K、K、G1、G2叫做示波管的第一电子透镜。第二次聚焦发生在G2、A1、A2区域，调节第二阳极A2的电位，能使电子束正好会聚于荧光屏上的一点，这是第二次聚焦。

A1上的电压叫做聚焦电压，A1又被叫做聚焦极。有时调节A1电压仍不能满足良好聚焦，需微调第二阳极A2的电压，A2又叫做辅助聚焦极。

3.偏转系统 偏转系统控制电子射线方向，使荧光屏上的光点随外加信号的变化描绘出被测信号的波形。图8.1中，Y1、Y2和Xl、X2两对互相垂直的偏转板组成偏转系统。

Y轴偏转板在前，X轴偏转板在后，因此Y轴灵敏度高（被测信号经处理后加到Y轴）。两对偏转板分别加上电压，使两对偏转板间各自形成电场，分别控制电子束在垂直方向和水平方向偏转。

4.示波管的电源 为使示波管正常工作，对电源供给有一定要求。规定第二阳极与偏转板之间电位相近，偏转板的平均电位为零或接近为零。

阴极必须工作在负电位上。栅极G1相对阴极为负电位（—30V~—100V），而且可调，以实现辉度调节。

第一阳极为正电位（约+100V~+600V），也应可调，用作聚焦调节。第二阳极与前加速极相连，对阴极为正高压（约+1000V），相对于地电位的可调范围为±50V。

由于示波管各电极电流很小，可以用公共高压经电阻分压器供电。 1.2 示波器的基本组成 从上一小节可以看出，只要控制X轴偏转板和Y轴偏转板上的电压，就能控制示波管显示的图形形状。

我们知道，一个电子信号是时间的函数f(t)，它随时间的变化而变化。因此，只要在示波管的X轴偏转板上加一个与时间变量成正比的电压，在y轴加上被测信号（经过比例放大或者缩小），示波管屏幕上就会显示出被测信号随时间变化的图形。

电信号中，在一段时间内与时间变量成正比的信号是锯齿波。 示波器的基本组成框图如图2所示。

它由示波管、Y轴系统、X轴系统、Z轴系统和电源等五部分组成。 图2 示波器基本组成框图 被测信号①接到“Y"输入端，经Y轴衰减器适当衰减后送至Y1放大器（前置放大），推挽输出信号②和③。

经延迟级延迟Г1时间，到Y2放大器。放大后产生足够大的信号④和⑤，加到示波管的Y轴偏转板上。

为了在屏幕上显示出完整的稳定波形，将Y轴的被测信号③引入X轴系统的触发电路，在引入信号的正（或者负）极性的某一电平值产生触发脉冲⑥，启动锯齿波扫描电路（时基发生器），产生扫描电压⑦。由于从触发到启动扫描有一时间延迟Г2，为保证Y轴信号到达荧光屏之前X轴开始扫描，Y轴的延迟时间Г1应稍大于X轴的延迟时间Г2。

扫描电压⑦经X轴放大器放大，产生推挽输出⑨和⑩，加到示波管的X轴偏转板上。z轴系统用于放大扫描电压正程，并且变成正向矩形波，送到示波管栅极。

这使得在扫描正程显示的波形有某一固定辉度，而在扫描回程进行抹迹。

3.示波器怎么用的哦

示波器的作用是观察两个输入接口间电压与时间的关系，也就是通常所说的信号波形.模拟示波器的原理是，由电子管发射出一束电子流，然后经过扫描电压形成的横向电场和输入电压纵向电场的偏转，最终在屏幕上看到一个运动的光点.由于屏幕和眼睛的暂留效果，我们就看到了相应的波形.示波器的使用主要是要让波形在示波器上完整、清晰地显示出来，需要用到的旋钮有：扫描频率（TIME/DIV）,y增益（VOLTS/DIV）,x平移（SHIFT）,y平移（SHIFT），聚焦（FOCUS），亮度（忘了单词是什么了，这个不常用）●●扫描频率的作用是，增加扫描电压的频率，这样，屏幕上光点的横向移动速度就会加快，电压，看到的波形在沿X轴方向就会被拉伸.反之则压缩.相当于把信号的波形y=f(x)变换为y=f(ax).但要注意的是，调节这个旋钮可能会造成在水平方向上，图像看上去在不断的平移，这是因为扫描的频率与信号的频率不是整除关系，调节的时候需要注意.●●y增益的作用是，将输入信号放大，这样屏幕上光电的纵向振动幅度就会增大，看到的波形的振幅也会相应增大.相当与把y=f(x)变换为y=af(x)●●x平移的作用是，在横向的扫描交变电压中加入一个直流分量，那么波形就会沿X轴方向平移，相当于把y=f(x)变换为y=f(x+a)●●y平移的作用是，在输入的信号电压中加入一个直流分量，那么波形就会沿Y轴方向平移，相当于把y=f(x)变换为y=f(x)+a●●聚焦的作用是，把电子束通过磁透镜集中到一点上，这样看到的图像才会清晰（跟光线经过透镜那样是一个道理，焦距调好了，成像才清晰）●●亮度的作用是，增加电子枪的电子数量，电子越多，图像越亮.高中示波器对测量的要求一般就是能够让示波器显示出正弦信号Asin(x+φ)的一个周期的波形，并测量其周期和振幅显示出图像这个不说了，按上面的说明很容易就能实现，其实都是数学知识而读数就是数格子，示波器的屏幕上有很多方格，这些方格就是测量刻度.X轴代表时间，它每一格代表代表的时间长短需要从“扫描频率”旋钮处读出.旋钮指针所指的那个时间就是X轴上每一格的时间长度.Y轴代表电压，同理，它的读数需要借助Y增益旋钮的刻度，方法与X轴的一样.最后注意一点，有的示波器有两个或者四个或者更多输入接口，按习惯它们分别叫做CH1,CH2,CH3,CH4.你接的是那个接口，调节的时候就要调节相应的旋钮.示波器上旋钮一般都会标注这是调节哪个的，或者有个开关，拨到哪个就是调哪个.拧旋钮的时候什么反映都没有一般就是这个弄错了.当然，如果输入接触不良，那就不说了……。